19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62369. Что такое музыка и что она из себя представляет? 22.79 KB
  В историческом контексте развитие музыки неотделимо от деятельного развития чувственных способностей человека ход слухового освоения человеком музыкального материала в изменяющихся культурных условиях составляет наиболее фундаментальный уровень истории музыки.
62370. Нумерация чисел второго десятка 20.35 KB
  Цели: закреплять знания учащихся по теме «Нумерация чисел 11-20», продолжать формировать умение учеников представлять двузначные числа в виде суммы разрядных слагаемых, складывать и вычитать, опираясь на знание разрядного состава числа...
62371. Обособленные члены предложения 38.28 KB
  Ложь ненавидеть потеряешь неправда найдёшь вспомнишь обман забудешь любишь 19= 36 26=222 Задание: По какому признаку данные слова могут быть сгруппированы в предлагаемые примеры Наводящие вопросы: По какому признаку можно разделить данные слова По какому признаку можно объединить данные слова...
62372. Знаходження значень виразів виду 38+4. Округлення чисел. Розв’язування складених задач 24 KB
  Мета: удосконалювати навички усного додавання двоцифрових чисел з переходом через розряд; вчити застосовувати прийоми усного додавання у процесі обчислень та розв’язування задач; ознайомити з округленням чисел та виробляти уміння округлювати числа...
62373. Графики и диаграммы 17.14 KB
  Цели: а образовательные: закрепить полученные знания по теме; научиться работать с уже готовыми моделями; научить создавать диаграммы и графики разных видов. Посмотрите на экран тема нашего урока Урок закрепление темы графики и диаграммы.
62374. Борис Пастернак - художник, музыкант, философ 735.21 KB
  Цели: образовательная: рассмотреть влияние искусства музыки философии на лирику Пастернака отразить их роль в творчестве поэта формировать у учащихся представление о своеобразии творческой манеры поэта; развивающая: развивать умение работать самостоятельно с дополнительной литературой...